JP2015514893A - System and method for producing wind energy in the air - Google Patents

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Abstract

本発明は、グライダ(10)を備え、風(50)から電力を生産するシステムであって、グライダ(10)は、翼(14)と、グライダ(10)が空中にある時にピッチング、ローリングおよびヨーイングさせる機載された操縦手段(20,22,24)と、操縦手段(20,22,24)を操作するフライト制御手段(64)と、テザー(44)の接続手段とを備え、システムは更に地上ステーション(40)を備え、地上ステーション(40)は、テザー(44)のためのリール(42)と、リール(42)に接続された回転電気機械(46)と、リール(42)および回転電気機械(46)を操作する地上ステーション制御手段(66)とを備え、システムは更に、システムを少なくとも2つの運転モードで交互に運転するマスター制御手段(62)を備え、システムの第1運転モードは、空中にあるグライダ(10)の翼(14)が風(50)にさらされると発生する揚力を用いてテザー(44)を繰り出し、それによって生じるリール(42)の回転から、回転電気機械(46)を用いて電力を生産するべく備えられ、システムの第2運転モードは、回転電気機械(46)を用いてリール(42)を回転させることによって、テザー(44)をリール(42)に巻き取り、システムの回復を行うべく備えられていることを特徴とするシステムを提供する。本発明は更に、風(50)から電力を生産するシステムの運転方法、本発明によるシステムのグライダ(10)、および風から電力を生産するグライダ(10)の使用を提供する。The present invention is a system comprising a glider (10) and producing power from wind (50), wherein the glider (10) is pitched, rolled and winged (14) and when the glider (10) is in the air. The system comprises a mounted steering means (20, 22, 24) for yawing, a flight control means (64) for operating the steering means (20, 22, 24), and a connection means for the tether (44). The ground station (40) further comprises a reel (42) for the tether (44), a rotating electrical machine (46) connected to the reel (42), a reel (42) and Ground station control means (66) for operating the rotating electrical machine (46), the system further comprising a master control for operating the system alternately in at least two operating modes. Means (62), the first mode of operation of the system is to feed the tether (44) with the lift generated when the wing (14) of the glider (10) in the air is exposed to the wind (50); The second operating mode of the system is equipped to rotate the reel (42) using the rotating electric machine (46). To provide a system characterized in that the tether (44) is wound on a reel (42) and is provided for system recovery. The present invention further provides a method of operating a system that produces power from wind (50), a glider (10) of a system according to the invention, and the use of a glider (10) that produces power from wind.

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明は、風力から電力を生産するシステムに関する。本発明は更に、風力から電力を生産するシステムの運転方法に関する。また本発明は、風力から電力を生産するシステムのグライダ、並びに風力から電力を生産するグライダの使用に関する。   The present invention relates to a system for producing electric power from wind power. The invention further relates to a method of operating a system for producing power from wind power. The invention also relates to a glider for a system that produces power from wind power, and the use of a glider that produces power from wind power.

風力から電力を生産することは、概して、風にさらされると揚力が発生する翼、あるいは空気力学的な外形を有する構造によって達成される。従って、エネルギーは、電気に変換可能な風から抽出される。それは例えば揚力を探索し、発電機を駆動させることによって行われる。周知の風力タービンは、例えば空気力学的に形成された回転翼を有するロータ備え、回転翼の揚力がロータを回転させる。ロータは、例えばタワーの頂部に設けられた発電機に取り付けられ、電気を生産する。   Producing power from wind power is generally accomplished by a wing or structure having an aerodynamic profile that generates lift when exposed to the wind. Thus, energy is extracted from wind that can be converted to electricity. This is done, for example, by searching for lift and driving the generator. Known wind turbines comprise, for example, a rotor with aerodynamically formed rotor blades, and the lift of the rotor blades causes the rotor to rotate. The rotor is attached to a generator provided at the top of the tower, for example, and produces electricity.

風力エネルギー資源を、地上数百メートルの高度で探索するために、空中にある翼を用いることが提案されてきた。この高度では、地表との相互作用によって風力がそれほど損なわれないことから、平均的な風力がより強く、かつより規則的である。これらの概念は、多くの場合、空中風力エネルギー、あるいは空中風力エネルギー生産と呼ばれている。   It has been proposed to use airborne wings to explore wind energy resources at an altitude of several hundred meters above the ground. At this altitude, the average wind power is stronger and more regular because the wind power is not significantly impaired by interaction with the surface. These concepts are often referred to as aerial wind energy or aerial wind energy production.

米国特許6 254 034 B1には、閉サイクルを移動するテザー係留型カイトが開示されている。カイトが風下に移動する際に、カイトは風に押し流され、テザーは、発電機のロータに回転可能に接続された、巻上げドラムから引き出される。発電機のロータは回転し、エネルギーを生産する。サイクルは、カイトが風上へ移動し、開始点に戻ることによって終了する。正味エネルギーは、カイトが風下で移動する際に発生するエネルギーが、カイトが風上へと戻るのに要するエネルギーを超えた時に得られる。   U.S. Pat. No. 6,254,034 B1 discloses a tether mooring kite that moves in a closed cycle. As the kite moves leeward, the kite is swept away by the wind and the tether is pulled out of a hoisting drum that is rotatably connected to the rotor of the generator. The rotor of the generator rotates and produces energy. The cycle ends when the kite moves upwind and returns to the starting point. Net energy is obtained when the energy generated when the kite moves downwind exceeds the energy required for the kite to return to the windward.

風上に戻る際の消費エネルギーを低くするための1つの方法として、風下での移動が終わる時に、カイトを高い高度まで飛ばす風を起こすということが挙げられる。その後カイトは風上へと戻り、下降する。しかし、この方法では、カイトが上昇し、戻るまでの間に全くエネルギーが生産されず、無駄な時間が長くなってしまう。そのため、総合的なエネルギー収量は比較的低い。   One way to reduce energy consumption when returning to the windward is to generate a wind that will fly the kite to a high altitude when the movement in the leeward ends. The kite then moves upwind and descends. However, in this method, no energy is produced until the kite rises and returns, and the useless time is lengthened. Therefore, the overall energy yield is relatively low.

その他の方法としては、風下での移動が終わる時のカイトの迎角あるいは同等な支持面の角度を変更し、テザーによるカイトの引張を減少させることである。発電機がモータ運転に切替わることによって、カイトは引き戻される。こうして引張を減少させることで、エネルギーの消費は、その前に風下での移動中に生産されたエネルギーよりも少なくなる。ここで生産されたエネルギーの一部は、安全のために使用される必要がある。それは、カイトを制御可能に飛ばすためには、テザーを一定量引張する必要があるからである。   Another method is to reduce the kite tension by the tether by changing the angle of attack of the kite or the equivalent support surface angle when the leeward movement ends. When the generator is switched to motor operation, the kite is pulled back. By reducing the tension in this way, the energy consumption is less than the energy previously produced during the leeward movement. Part of the energy produced here needs to be used for safety. This is because in order to fly the kite in a controllable manner, it is necessary to pull a certain amount of the tether.

本発明の根本的な課題は、空中にある翼を用いた風力による電力生産、具体的には、総合的なエネルギー収量および/あるいは運転の安全性が、上述の先行技術に対して改善された電力生産を提供することである。   The fundamental problem of the present invention is that the power production by wind power using wings in the air, specifically the overall energy yield and / or operational safety, has been improved over the prior art described above. Is to provide electricity production.

本発明によると、この課題は、グライダを備え、風から電力を生産するシステムであって、グライダは、翼と、グライダが空中にある時にピッチング、ローリングおよびヨーイングをさせる機載された操縦手段と、操縦手段を操縦するフライト制御手段と、テザーの接続手段とを備え、システムは更に地上ステーションを備え、地上ステーションはテザーのためのリールと、リールに接続された回転電気機械と、リールおよび回転電気機械を操作する地上ステーション制御手段とを備え、システムは更に、システムを少なくとも2つの運転モードで交互に運転するマスター制御手段を備え、システムの第1運転モードは、空中にあるグライダの翼が風にさらされると発生する揚力を用いてテザーを繰り出し、それによって生じるリールの回転から、回転電気機械を用いて電力を生産するべく備えられ、システムの第2運転モードは、回転電気機械を用いてリールを回転させることによってテザーをリールに巻き取り、システムの回復を行うべく備えられていることを特徴とするシステムによって解決される。   According to the present invention, this object is a system comprising a glider and producing electric power from the wind, the glider comprising wings and mounted operating means for pitching, rolling and yawing when the glider is in the air. A flight control means for maneuvering the steering means, and a tether connection means, the system further comprising a ground station, the ground station being a reel for the tether, a rotating electrical machine connected to the reel, and the reel and rotation Ground station control means for operating the electric machine, the system further comprises master control means for operating the system alternately in at least two operating modes, wherein the first operating mode of the system is a glider wing in the air. Using the lift generated when exposed to the wind, the tether is fed out and the resulting reel rotation The second operating mode of the system is equipped to wind up the tether on the reel by rotating the reel using the rotating electric machine and to recover the system. It is solved by the system characterized by being.

本発明によるグライダ、あるいはセールプレーンは具体的には固定翼機であり、機載された操縦手段によって、グライダが自身の縦軸、横軸、および垂直軸の周囲を飛行するのに十分な操作性がもたらされている。本発明によると、これらの3つの基本軸はデカルト座標系を形成しており、座標システムの原点は、グライダの重心に画定されている。   The glider or sail plane according to the present invention is specifically a fixed wing aircraft, and the maneuvering means mounted on it is sufficient for the glider to fly around its own vertical, horizontal and vertical axes. Sex has been brought. According to the present invention, these three basic axes form a Cartesian coordinate system, with the origin of the coordinate system being defined at the center of gravity of the glider.

直線的かつ水平な飛行の場合、一般的には、縦軸は動作の方向に関係し、垂直軸は揚力の方向に関係し、横軸はデカルト座標系を完成させるのに不可欠な水平軸である。
グライダは、例えば胴体と主翼とを備え、主翼は翼を構成している、あるいは翼を備えている。このような構成において、縦軸は本質的には胴体に対して平行であり、横軸は主翼に対して平行であり、垂直軸は縦軸と横軸の両方に対して垂直である。グライダが、適切に画定された基本軸を有する他の飛行機の形状、例えば全翼機、であってもよいということは、当業者の理解するところであろう。
For straight and horizontal flight, generally the vertical axis is related to the direction of motion, the vertical axis is related to the direction of lift, and the horizontal axis is the horizontal axis that is essential to complete the Cartesian coordinate system. is there.
The glider includes, for example, a fuselage and a main wing, and the main wing constitutes or includes a wing. In such a configuration, the vertical axis is essentially parallel to the fuselage, the horizontal axis is parallel to the main wing, and the vertical axis is perpendicular to both the vertical and horizontal axes. One skilled in the art will appreciate that the glider may be other airplane shapes having a well-defined basic axis, such as a full wing aircraft.

本発明によると、ローリングは、グライダが自身の縦軸周りに回転することであり、ピッチングは、グライダが自身の横軸周りに回転することであり、ヨーイングは、グライダが自身の垂直軸周りに回転することである。   According to the present invention, rolling is that the glider rotates about its own vertical axis, pitching is that the glider rotates about its own horizontal axis, and yawing is that the glider is rotated about its vertical axis. It is to rotate.

グライダの操縦手段は、例えば、グライダの基本軸の1つあるいは複数の周囲に空気力学的にトルクをかけるための、複数の制御面を備える。これらの制御面は、主にローリングを引き起こすための複数のいわゆる補助翼と、主にピッチングを引き起こすための複数のいわゆる昇降舵と、主にヨーイングを引き起こすためのいわゆる方向舵とを備える。しかし、航空技術において周知の他の制御面も本発明による操縦手段に適しているということは、当業者の理解するところであろう。具体的には、制御面が、グライダの基本軸のいずれにも対応していない任意の軸の周辺の回転を引き起こしてもよい。   The glider steering means comprises a plurality of control surfaces for applying aerodynamic torque, for example, around one or more of the basic axes of the glider. These control surfaces include a plurality of so-called auxiliary wings for mainly causing rolling, a plurality of so-called elevators for mainly causing pitching, and a so-called rudder for mainly causing yawing. However, those skilled in the art will appreciate that other control aspects well known in aviation technology are also suitable for the steering means according to the present invention. Specifically, the control surface may cause rotation around any axis that does not correspond to any of the glider's basic axes.

制御面の他に、グライダの操縦手段は更に、例えば電気モータあるいはポンプとシリンダとを有する液圧式システム等の、制御面を動かす複数のアクチュエータを備える。これらのアクチュエータは、例えばバッテリなどの搭載電源で動く。   In addition to the control surface, the glider steering means further comprises a plurality of actuators that move the control surface, such as an electric motor or a hydraulic system having a pump and a cylinder. These actuators are driven by an on-board power source such as a battery.

グライダには、空気力学的な抵抗あるいは抗力が少なく、かつ空気力学的な揚力が高いという長所がある。これは、固定翼が剛性の空気力学的な外形あるいは翼を有することに起因する。エネルギーを風から効果的に抽出するには、揚力や抗力、具体的には揚力対抗力の比に強く左右されるため、このことは特に有益である。   The glider has the advantages of low aerodynamic drag or drag and high aerodynamic lift. This is due to the fixed wing having a rigid aerodynamic profile or wing. This is particularly beneficial because it effectively depends on the lift and drag, specifically the ratio of lift to drag, to extract energy from the wind effectively.

グライダおよびテザーは共に全体の抗力の一因となるため、テザーが抗力に最適化された形状あるいは構造を有することは更に好ましい。これは、例えば、円形の断面を有するテザーよりも少ない抵抗を有することが判明している、螺旋状の構造であってもよい。   Since both the glider and the tether contribute to the overall drag, it is further preferred that the tether has a shape or structure optimized for drag. This may be, for example, a helical structure that has been found to have less resistance than a tether having a circular cross section.

グライダの他の長所は、カイトが安定して飛行するためにはテザーをある程度引っ張る必要があるのに対して、テザーに負荷をかけなくてもグライダの飛行が安定するという点である。従って、本発明によって、第2運転モードにおけるシステム回復中に、テザーに全く負荷を加えずに、エネルギー消費量を最小限に抑えることが可能となる。   Another advantage of gliders is that glider flight is stable without applying a load to the tether, while the kite needs to pull the tether to some extent in order to fly stably. Therefore, according to the present invention, it is possible to minimize the energy consumption without applying any load to the tether during the system recovery in the second operation mode.

グライダの飛行は、単独でも、具体的には地上に接続されていなくても制御可能であり、かつ安定的である。システムに故障が生じた場合でも、例えば発電機のリールへの負荷が失われた場合、あるいはテザーが破断した場合でも、グライダは安全に着陸することが可能である。従って本発明によるシステムは、特に効果的で安全な、風力エネルギーからの電力生産を提供する。   The glider's flight is controllable and stable, either alone or specifically when not connected to the ground. The glider can land safely even if the system fails, for example if the load on the generator reel is lost or if the tether breaks. The system according to the invention therefore provides a particularly effective and safe power production from wind energy.

フライト制御手段は、自動フライト運転のための第1フライト制御モードと、手動操作のための、特にフライト制御手段に有線あるいは無線接続された遠隔制御装置を介した操作のための、第2フライト制御モードとを提供することが好ましい。 例えば、第1フライト制御モードは、最適なエネルギー収量を伴う自動運転を提供し、第2フライト制御モードは、故障の際の緊急的な介入と同様、システムの保守および点検の際の手動による介入を許可する。このように、運転が単純化され、運転の安全性が更に強化されている。   The flight control means includes a first flight control mode for automatic flight operation and a second flight control for manual operation, particularly for operation via a remote control device wired or wirelessly connected to the flight control means. It is preferable to provide a mode. For example, the first flight control mode provides automatic operation with optimal energy yield, and the second flight control mode is manual intervention during system maintenance and inspection as well as emergency intervention in case of failure. Allow. In this way, driving is simplified and driving safety is further enhanced.

本発明の他の好適な実施例は、システム、特にグライダは更に、グライダの対気速度を測定する対気速度センサを備えることを特徴とする。本発明によると、対気速度とは、グライダが周囲の空気に対して移動する速さ、あるいは速度のことである。特に風が存在するため、対気速度は一般的にグライダの対地速度、すなわち地面に対するグライダの速度、とは異なる。対気速度センサは、グライダの対気速度の大きさと方向の両方を提供する、方向センサであることが好ましい。   Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the system, in particular the glider, further comprises an airspeed sensor for measuring the airspeed of the glider. According to the present invention, airspeed is the speed or speed at which the glider moves relative to the surrounding air. The airspeed is generally different from the glider's ground speed, i.e., the glider's speed relative to the ground, especially because of the presence of wind. The airspeed sensor is preferably a direction sensor that provides both the magnitude and direction of the airspeed of the glider.

グライダの対気速度を知ることは、フライト制御を最適化するのに、具体的には揚力および平均エネルギー収量を最大化するために、特に有益である。対気速度を最も正確に測定するため、対気速度センサは、グライダに取り付けられていることが好ましい。あるいは、対気速度センサはテザーに配置されていてもよく、テザーにおける対気速度センサの位置は、テザーとグライダとの接続部分に近いことが好ましい。   Knowing the airspeed of the glider is especially beneficial to optimize flight control, specifically to maximize lift and average energy yield. In order to measure the airspeed most accurately, the airspeed sensor is preferably attached to the glider. Alternatively, the air speed sensor may be disposed on the tether, and the position of the air speed sensor in the tether is preferably close to the connection portion between the tether and the glider.

本発明の特に好適な実施例において、グライダは、グライダのフライト制御手段およびシステムのマスター制御手段の両方を組み合わせた制御装置を備える。このように、フライト制御手段とマスター制御手段との接続は物理的に特に短く、歪みや故障に対して堅牢かつ堅固になっている。具体的には、やや複雑で最終的には急速に変化する風の状態に影響されるフライト運転と、システム全体の操作との間で、迅速なフィードバックが確立されるあるいは確立され得る。   In a particularly preferred embodiment of the invention, the glider comprises a control device that combines both the glider flight control means and the master control means of the system. Thus, the connection between the flight control means and the master control means is physically particularly short and is robust and robust against distortions and failures. Specifically, rapid feedback can be established or established between flight operation, which is somewhat complicated and ultimately affected by rapidly changing wind conditions, and operation of the entire system.

本発明の他の好適な実施例は、システム、特に地上ステーションは更に、テザーの張力を測定する張力センサを備えることを特徴とする。テザーの張力は、システム全体の負荷を示す良好な指標であり、例えば、テザーの制御された繰出を行うための入力パラメータとして用いられ得る。張力センサは、例えば地上ステーションに設置されているか、あるいはテザーに組込まれており、地上ステーション制御手段に接続されていることが好ましい、あるいは接続されていてもよい。   Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the system, in particular the ground station, further comprises a tension sensor for measuring the tension of the tether. Tether tension is a good indicator of overall system load and can be used, for example, as an input parameter for controlled delivery of the tether. The tension sensor is preferably installed in, for example, a ground station or incorporated in a tether and is preferably connected to ground station control means.

地上ステーション制御手段は、特にテザーが繰り出されている時に、テザーの所定の目標張力を保持するよう構成されていることが好ましい。こうすることによって、テザーを介してグライダに及ぼされる負荷の悪影響が、グライダの飛翔行動に及ぶのを最小限に抑えることができる。   The ground station control means is preferably configured to maintain a predetermined target tension of the tether, particularly when the tether is being extended. By doing so, it is possible to minimize the adverse effect of the load exerted on the glider via the tether on the glider flying behavior.

地上ステーション制御手段は、特にテザーが巻き取られている時に、所定の目標リール速度を保持するよう構成されていることが好ましい。本発明によると、リール速度は、所定の時間で巻き取られる、あるいは繰り出されるテザーの長さに関連している。従ってリール速度は、回転するリールの回転速度と特に互いに関係がある。   The ground station control means is preferably configured to maintain a predetermined target reel speed, particularly when the tether is being wound. According to the present invention, the reel speed is related to the length of the tether that is wound or unwound at a predetermined time. Accordingly, the reel speed is particularly related to the rotation speed of the rotating reel.

所定のリール速度を保持することは、例えば予め定められたリールの目標回転速度を保持することによって達成されるが、揚力あるいはテザーに及ぼす負荷が小さい場合に、テザーのたるみを減らすのに非常に効果的である。   Maintaining a given reel speed is accomplished, for example, by maintaining a predetermined reel target rotational speed, but is very useful in reducing tether sagging when the lift or load on the tether is small. It is effective.

テザーが、グライダと地上ステーションとの間に、送電線および/あるいはデータ伝送路を備えることは更に好ましい。このように、フライト制御手段の電子機器あるいはフライト制御手段のアクチュエータなどのグライダの様々なシステムは、地上から電源が供給される。しかしながら、地上とグライダとの間の電気接続が破損するなど緊急の場合に備えて、グライダは、グライダの制御および安全な着陸を可能にする比較的低容量の電源を備えていてもよい。   More preferably, the tether comprises a transmission line and / or a data transmission path between the glider and the ground station. As described above, various systems of the glider such as the electronic device of the flight control means or the actuator of the flight control means are supplied with power from the ground. However, in case of an emergency, such as an electrical connection between the ground and the glider being broken, the glider may be equipped with a relatively low capacity power source that allows glider control and safe landing.

テザーは、グライダと地上ステーションとの間に、例えばフライト制御手段、地上ステーション制御手段、および/あるいはメイン制御手段の間での通信を行うための、データ伝送路を備えていることが好ましい。それに加えて、あるいはその代わりに、あるいはそれに重複する通信路が、例えば無線伝送によって実現されていてもよい。   The tether is preferably provided with a data transmission path for communication between the glider and the ground station, for example, between flight control means, ground station control means, and / or main control means. In addition, in place of, or instead of, an overlapping communication path may be realized by, for example, wireless transmission.

本発明の課題は更に、風から電力を生産するシステムの運転方法であって、システムは、テザーに接続されたグライダと、テザーのためのリールを有する地上ステーションとを備え、システムは、電力を生産するための第1運転モード、およびシステムの回復を行うための第2運転モードで交互に運転され、
第1運転モードは、
― グライダを第1フライトパターンに沿って操作し、風にさらされているグライダの翼によって揚力を発生させるステップと、
― 揚力によってテザーを引っ張り、テザーを繰り出してリールを回転させるステップと、
― リールの回転を、特にリールに接続された回転電気機械によって、電力に変換するステップとを備え、
第2運転モードは、
― グライダを第2フライトパターンに沿って操作し、テザーの引張を減少させるステップと、
― 特にリールに接続された回転電気機械を用いて、リールを回転させることによって、テザーをリールに巻き取るステップとを備えることを特徴とする方法によって解決される。
The subject of the present invention is also a method of operating a system for producing power from wind, the system comprising a glider connected to the tether and a ground station having a reel for the tether, Alternately operated in a first operation mode for production and a second operation mode for system recovery,
The first operation mode is
-Manipulating the glider along the first flight pattern and generating lift by the glider wings exposed to the wind;
-Pulling the tether by lift, feeding out the tether and rotating the reel;
-Converting the rotation of the reel into electric power, in particular by means of a rotating electrical machine connected to the reel,
The second operation mode is
-Manipulating the glider along the second flight pattern to reduce tether tension;
A solution comprising the step of winding the tether on a reel by rotating the reel, in particular using a rotating electrical machine connected to the reel.

総合的なエネルギー収量、すなわち所定の風の状態の下で一定の時間内に生産される電力の量は、翼によって発生する揚力が第1運転モードにおいて最大化した時、また第2運転モードにおいて最小化した時に、特に最適になる。エネルギー収量は、テザーを巻き取るのに要する時間が短いほど、すなわちシステムが第2運転モードで操作され、電力が全く生産されない時間が最短の時、更に増加する。   The overall energy yield, i.e. the amount of power produced in a certain time under a given wind condition, is the value when the lift generated by the wing is maximized in the first mode of operation and also in the second mode of operation. It is especially optimal when minimized. The energy yield increases further as the time taken to wind up the tether is shorter, i.e. when the system is operated in the second mode of operation and no power is produced at all.

上述のグライダの有益な特徴によって、両方の観点が本発明によって最適化される。具体的には、グライダの操作性によって第1フライトパターンが可能になっている。これは、具体的には、グライダが例えば円形あるいは8の字型のような航路に沿って、風を横切って地上ステーションの風下に飛ぶ、高揚力フライトパターンである。最も高い揚力は、概してグライダが高速で横風飛行を行う際に得られる。   Due to the beneficial features of the glider described above, both aspects are optimized by the present invention. Specifically, the first flight pattern is enabled by the operability of the glider. Specifically, this is a high lift flight pattern in which the glider flies across the wind and lee of the ground station along a circular or figure-like channel. The highest lift is generally obtained when the glider performs crosswind flight at high speed.

第2フライトパターン、具体的には低揚力フライトパターンにおいて、グライダは、例えば地上ステーションに向かって下降するよう案内される。ここではテザーの引張が減少し、最終的にはゼロになる。このように、リールを回転させるのに最低限のエネルギーが消費され、その上、グライダを地上ステーションに向かって引っ張るのに全くエネルギーを要しない。それと同時に、グライダが地上ステーションに向かう速度は最大化し、無駄な時間、すなわちシステムの回復に要する時間は、最小化される。   In the second flight pattern, specifically the low lift flight pattern, the glider is guided to descend, for example, towards a ground station. Here, the tether tension decreases and eventually becomes zero. In this way, a minimum amount of energy is consumed to rotate the reel, and no energy is required to pull the glider toward the ground station. At the same time, the speed at which the glider goes to the ground station is maximized, and the dead time, i.e., the time required for system recovery, is minimized.

テザーの繰り出しは、特にグライダの対気速度の関数として予め定められた、テザーの目標張力を保持するよう制御されることが好ましい。グライダの対気速度は、具体的には空気に対する翼の速度であり、従って翼によって発生する揚力の指標である。目標張力は、時間に対して一定である必要はない。例えば、対気速度はベクトル量であり大きさおよび方向の成分を有するが、対気速度によって、グライダの飛行方向と風の向きとの間の角度を変化させながら、フライトパターンのコースが切替わる。また、風の状態の変化によっても対気速度は変化する。   The tether payout is preferably controlled to maintain a predetermined tether target tension, particularly as a function of the airspeed of the glider. The airspeed of the glider is specifically the speed of the wing relative to the air and is therefore an indicator of the lift generated by the wing. The target tension need not be constant over time. For example, the airspeed is a vector quantity and has components of magnitude and direction, but the flight pattern course is switched by changing the angle between the glider flight direction and the wind direction depending on the airspeed. . The airspeed also changes depending on the change in wind conditions.

また、テザーの巻き取りは、特にグライダの対気速度の関数として予め定められた、目標リール速度を保持するよう制御されることが好ましい。しかし、目標リール速度は、他の観察可能な変化、例えばグライダの対地速度から予め決められてもよい。   Also, tether winding is preferably controlled to maintain a predetermined reel speed, which is predetermined as a function of the airspeed of the glider. However, the target reel speed may be predetermined from other observable changes, such as the ground speed of the glider.

本発明の根本的な問題は更に、本発明に記載の風力エネルギーから電力を生産するシステムのグライダであって、グライダは、風にさらされると揚力が発生する翼と、グライダが空中にある時に、グライダをピッチング、ローリングおよびヨーイングさせる機載された操縦手段と、操縦手段を操作するフライト制御手段と、テザーの接続手段とを備え、グライダは、グライダを少なくとも2つの運転モードで交互に運転するための、フライト制御手段とマスター制御手段とを組み合わせた機載された制御装置を備えることを特徴とするグライダによって解決される。   The underlying problem of the present invention is further a glider for a system for producing electric power from wind energy according to the present invention, wherein the glider has wings that generate lift when exposed to the wind, and when the glider is in the air. , Equipped with a mounted maneuvering means for pitching, rolling and yawing the glider, a flight control means for operating the maneuvering means, and a tether connection means, wherein the glider alternately operates the glider in at least two modes of operation. In order to solve the problem, a glider is provided that includes a mounted control device that combines a flight control means and a master control means.

また本発明の課題は、本発明に記載のシステムによって、および/あるいは本発明に記載の方法を実行することによって、風力エネルギーから電力を生産するグライダの使用であって、グライダは、風にさらされると揚力が発生する翼と、グライダが空中にある時に、グライダをピッチング、ローリングおよびヨーイングさせる機載された操縦手段と、操縦手段を操作するフライト制御手段と、テザーの接続手段とを備え、グライダは、特に上記のグライダであることを特徴とするグライダの使用によって解決される。   The subject of the invention is also the use of a glider that produces electric power from wind energy by the system according to the invention and / or by carrying out the method according to the invention, the glider being exposed to the wind. Wings that generate lift when driven, mounted onboard control means for pitching, rolling and yawing the glider when the glider is in the air, flight control means for operating the control means, and tether connection means, The glider is solved by the use of a glider characterized in particular by the glider described above.

本発明の更なる特徴は、本発明による実施例の説明、並びに請求項および添付された図から明らかになるであろう。本発明による実施例は、個々の特徴あるいはいくつかの特徴の組み合わせを、実現することが可能である。   Further features of the present invention will become apparent from the description of embodiments according to the present invention, as well as from the claims and the attached drawings. Embodiments according to the present invention can implement individual features or combinations of features.

本発明によると、具体的な特徴あるいは具体的な手段は、任意の特徴である。
本発明は、本発明の一般的な意図を制限することなく、例示的な実施例に基づいて、以下に説明される。実施例では、文章では詳細に説明されていない本発明に係わる開示内容の全ての詳細に関し、明確に図が参照されている。図は以下の形態で示されている。
According to the present invention, the specific feature or the specific means is an arbitrary feature.
The present invention will be described below on the basis of exemplary embodiments without limiting the general intention of the invention. In the examples, reference is made clearly to the drawings for all details of the disclosure relating to the present invention not described in detail in the text. The figure is shown in the following form.

本発明によるシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a system according to the present invention. 本発明によるシステムの動作が、第1運転モードにある状態の概略図である。It is the schematic of the state which the operation | movement of the system by this invention exists in a 1st operation mode. 本発明によるシステムの動作が、第2運転モードにある状態の概略図である。It is the schematic of the state which operation | movement of the system by this invention exists in a 2nd operation mode. 本発明によるシステムの制御を図示したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating control of a system according to the present invention.

図において、同一あるいは同様のタイプの構成要素、あるいはそれぞれ対応しているパーツには、構成要素を再度説明する必要がないよう、同一の引用番号が付されている。
図1は、本発明による風力から電力を生産するシステムの、例示的な実施例を示している。
In the figure, identical or similar types of components, or corresponding parts, are given the same reference numbers so that the components need not be described again.
FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of a system for producing power from wind power according to the present invention.

システムの機上部分あるいは機上部分となり得る部分は、図1に示された実施例において固定翼機として構成された、グライダ10を備える。グライダ10は、胴体12と、主翼14と、尾翼16と、制御面20,22,24とを備える。同様に図示されているのは、縦軸32、横軸34、および垂直軸36であり、これらはグライダの重心30で接触し、グライダ固有の座標系を構成している。   The onboard part of the system or the part that can be the onboard part comprises a glider 10 configured as a fixed wing aircraft in the embodiment shown in FIG. The glider 10 includes a fuselage body 12, a main wing 14, a tail wing 16, and control surfaces 20, 22, and 24. Also shown are a vertical axis 32, a horizontal axis 34, and a vertical axis 36, which contact at the center of gravity 30 of the glider and constitute a glider specific coordinate system.

図示された例において、胴体12は、主翼14と尾翼16との間の機械的なバックボーンとして、また電子機器、電源、センサ等のナセルとして、繊維強化複合材料から構成された管を備え、管は主翼14の前方に取り付けられている。   In the illustrated example, the fuselage 12 includes a tube made of a fiber-reinforced composite material as a mechanical backbone between the main wing 14 and the tail wing 16 and as a nacelle for electronic devices, power supplies, sensors, and the like. Is attached in front of the main wing 14.

主翼14は、例えば図1に示された実施例のように、1つの翼から構成されていてもよい。しかし、例えば別々の主翼14が胴体12の両側に備えられた代替的な構成も本発明の範囲内である。   The main wing 14 may be composed of one wing as in the embodiment shown in FIG. However, alternative configurations, for example, with separate main wings 14 on either side of the fuselage 12, are within the scope of the present invention.

飛行中、グライダ10は、本実施例において補助翼20を主翼12の両側に、また昇降舵22および方向舵を尾翼16に備える、制御面によって案内される。制御面20,22,24は、グライダ10の基本軸32,34,36の周囲に空気力学的な手段によってトルクを発生させるべく用いられる、例えばヒンジで連結された面である。   During the flight, the glider 10 is guided by a control surface, which in this embodiment comprises an auxiliary wing 20 on both sides of the main wing 12 and an elevator 22 and a rudder on the tail 16. The control surfaces 20, 22, and 24 are surfaces that are used to generate torque by aerodynamic means around the basic shafts 32, 34, and 36 of the glider 10.

縦軸32周りのトルクは、同時にかつ反対方向に操作され得る、あるいは操作される補助翼20によって発生する。ここで反対方向とは、左側の補助翼が主翼14に対して上方向に動かされた時、右側の補助翼は下方向に動かされるということである。これにより、揚力が主翼14の右側において増加し、主翼14の左側において減少して、縦軸32周りにトルクが発生する。その結果生じるグライダ10の動き、縦軸32周りの回転をローリングと呼ぶ。   Torque about the longitudinal axis 32 is generated by the aileron 20 that can be or can be operated simultaneously and in the opposite direction. Here, the opposite direction means that when the left auxiliary wing is moved upward with respect to the main wing 14, the right auxiliary wing is moved downward. As a result, the lift increases on the right side of the main wing 14 and decreases on the left side of the main wing 14 to generate torque around the vertical axis 32. The resulting movement of the glider 10 and rotation about the vertical axis 32 is called rolling.

グライダ10が自身の横軸34周りに回転することをピッチングというが、これは尾翼の揚力を増減させるために用いられる昇降舵22によって獲得され、横軸34周りのトルクを発生させる。   The rotation of the glider 10 about its own horizontal axis 34 is referred to as pitching, which is acquired by the elevator 22 used to increase or decrease the lift of the tail and generates torque about the horizontal axis 34.

グライダ10が自身の垂直軸36周りに回転することをヨーイングというが、これは方向舵24によって発生する。
グライダ10は、テザー44を介して地上ステーション40に接続されている。テザー44は、好ましくはグライダ10の重心30に近接して設けられた接続手段において、グライダ10に取付あるいは接続されている。こうすることで、テザー44への荷重の変化によって、飛行中のグライダ10のバランスが著しく損なわれることはない。
The rotation of the glider 10 about its own vertical axis 36 is referred to as yawing, which is caused by the rudder 24.
The glider 10 is connected to the ground station 40 via the tether 44. The tether 44 is preferably attached to or connected to the glider 10 by connection means provided close to the center of gravity 30 of the glider 10. By doing so, the balance of the glider 10 in flight is not significantly impaired by a change in the load on the tether 44.

地上ステーション40において、テザー44の余長は、回転電気機械46に接続されているリール42に収容される。回転電気機械46は、電気貯蔵および/あるいは分配システム(図示なし)に、電網、変電所、あるいは大量なエネルギーの貯蔵器として、接続されている。当該電力貯蔵および/あるいは分配システムは、回転電気機械との間で受電および送電が可能な装置あるいはシステムであればどのようなものでもよいということは、当業者の理解するところであろう。   In the ground station 40, the extra length of the tether 44 is accommodated in the reel 42 connected to the rotary electric machine 46. The rotating electrical machine 46 is connected to an electrical storage and / or distribution system (not shown) as a grid, a substation, or a bulk energy reservoir. Those skilled in the art will appreciate that the power storage and / or distribution system may be any device or system capable of receiving and transmitting power to and from the rotating electrical machine.

図1に示されたシステムは、図2aに示された電力を生産するための第1運転モードと、図2bに示されたシステムの回復を行うための第2運転モードとで、交互に運転される。   The system shown in FIG. 1 operates alternately in the first operation mode for producing the electric power shown in FIG. 2a and in the second operation mode for recovering the system shown in FIG. 2b. Is done.

第1の運転モード、具体的にはエネルギー生産運転モードにおいて、グライダ10は、地上ステーション40の風下で、線52で示された高揚力飛行パターンに沿って操縦される。風向きは矢印50で示されている。横風飛行中、特に高速での横風飛行中、グライダ10の翼あるいは主翼14はそれぞれ、グライダ10を所定の高度に保持するのに要する揚力よりもはるかに大きな揚力を発生させる。その結果、グライダはテザー44を引っ張るが、これは余剰揚力と相関している。   In the first mode of operation, specifically the energy production mode of operation, the glider 10 is steered along the high lift flight pattern indicated by line 52 leeward of the ground station 40. The wind direction is indicated by arrow 50. During crosswind flight, particularly at high speeds, each wing or main wing 14 of the glider 10 generates a lift that is much greater than the lift required to hold the glider 10 at a predetermined altitude. As a result, glider pulls tether 44, which correlates with excess lift.

テザー44の引張は、テザー44をリール42から矢印Rの方向に繰り出し、リール42を回転させるのに用いられる。その結果生じるトルクは、具体的にはリール42の直径とテザー44が引っ張られる力によって異なるが、機械的エネルギーが電力へと変換される回転電気機械46へと伝達される。任意で、ギアボックスがリール42と回転電気機械46との間に設けられているが、図を単純にするため図示はされていない。   The tension of the tether 44 is used to feed the tether 44 from the reel 42 in the direction of arrow R and rotate the reel 42. The resulting torque is transmitted to a rotating electrical machine 46 where mechanical energy is converted to electrical power, although specifically depending on the diameter of the reel 42 and the force with which the tether 44 is pulled. Optionally, a gearbox is provided between the reel 42 and the rotating electrical machine 46, but is not shown for simplicity.

例えば回転電気機械の調節可能な逆トルクによって、リール42の回転速度を制御し、回転速度に影響を与えることによって、テザー44およびグライダ10への負荷に、それぞれ影響が及び得る。   For example, the load on the tether 44 and the glider 10 can be affected by controlling the rotational speed of the reel 42 and affecting the rotational speed by an adjustable reverse torque of the rotating electrical machine.

テザー44が繰り出されている限り、グライダ10は地上ステーション40から離れるように飛行する。従って、システムを第1運転モードで保持するには、テザー44の全長による制限がある。   As long as the tether 44 is extended, the glider 10 flies away from the ground station 40. Therefore, there is a limitation due to the total length of the tether 44 in order to maintain the system in the first operation mode.

本発明によると、システムを回復させるための、具体的にはテザーを回復させるための第2運転モードが提供されている。この第2運転モードは、図2bに示されている。
テザー44を回復させるため、すなわちテザー44をリール42に巻き取るために、回転電気機械46は、発電機というよりはむしろモータとして運転される。必要な電力は、電気貯蔵および/あるいは分配システムによって供給あるいは搬送される。
According to the present invention, a second operating mode is provided for recovering the system, specifically for recovering the tether. This second mode of operation is illustrated in FIG.
In order to recover the tether 44, i.e., to wind the tether 44 onto the reel 42, the rotating electrical machine 46 is operated as a motor rather than a generator. The necessary power is supplied or carried by an electrical storage and / or distribution system.

システム回復中の電力消費を最小限にするため、グライダ10を点線54で示される低揚力フライトパターンに沿って操作し、テザー44の引張を減らす。この低揚力フライトパターン54は、例えばグライダ10を、風50に逆らって地上ステーション40に向かって降下あるいは急降下させることである。低揚力フライトパターン54は、グライダ10を、高度をわずかに上昇させるということも含み、高度を損失させることなく、地上ステーション40に向けて接近させるということでもあり得る。   To minimize power consumption during system recovery, the glider 10 is operated along a low lift flight pattern indicated by dotted lines 54 to reduce tether 44 tension. The low-lift flight pattern 54 is, for example, that the glider 10 is lowered or suddenly lowered toward the ground station 40 against the wind 50. The low lift flight pattern 54 may also include causing the glider 10 to approach the ground station 40 without a loss of altitude, including a slight increase in altitude.

グライダ10が地上ステーション40に近付くにつれて、テザー44の自由長が短縮され、テザー44は矢印R’に示される通り、リール42に巻き取られる。
テザー44の引張を可能な限り小さくして、テザー44を巻き取るための消費電力を最小限にし、テザー44の引張を可能な限り速くして、無駄な時間、すなわちシステムが電力を生産しない時間を最小限にすることが好ましい。これらの目標は、テザー44の巻き取りを制御し、目標リール速度を保持することによって達成されることが好ましく、目標リール速度は、具体的にはグライダ10が地上ステーション40に近づく速度によって決定され、例えばグライダ10の対気速度に基づいていてもよい。
As the glider 10 approaches the ground station 40, the free length of the tether 44 is shortened and the tether 44 is wound on the reel 42 as indicated by arrow R '.
Make the tension of the tether 44 as small as possible to minimize the power consumption to wind up the tether 44 and make the tension of the tether 44 as fast as possible to waste time, i.e., the time when the system does not produce power. Is preferably minimized. These goals are preferably achieved by controlling the winding of the tether 44 and maintaining the target reel speed, which is specifically determined by the speed at which the glider 10 approaches the ground station 40. For example, the airspeed of the glider 10 may be used.

図3は、上述のシステムのための制御スキームの例を示す、ブロック図である。
制御スキームは、フライト制御手段64と、地上ステーション制御手段66と、マスター制御手段62とにモジュラー設計を提供している。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a control scheme for the system described above.
The control scheme provides a modular design for flight control means 64, ground station control means 66, and master control means 62.

フライト制御手段64は、グライダ10のフライト操作に関連する装置および駆動部を制御および/あるいは調整するよう構成されている。これには、例えばグライダ10の補助翼20、昇降舵22、および方向舵24が含まれるが、これらに限定されない。   The flight control means 64 is configured to control and / or adjust devices and drives associated with the flight operation of the glider 10. This includes, but is not limited to, for example, the auxiliary wing 20, elevator 22, and rudder 24 of the glider 10.

フライト制御手段64は、例えばグライダ10の自動フライト操作のためのアルゴリズムおよびフィードバックループを備える。フライト状況を判定および監視する、フライト制御手段64に接続された、適当な複数のセンサが存在するということは、当業者の理解するところであろう。その一例として、対気速度センサ18が図3に示されている。   The flight control means 64 includes an algorithm and a feedback loop for automatic flight operation of the glider 10, for example. Those skilled in the art will appreciate that there are a plurality of suitable sensors connected to the flight control means 64 that determine and monitor the flight status. As an example, an airspeed sensor 18 is shown in FIG.

地上ステーション制御手段66は、地上ステーション40の構成要素、具体的にはリール42および回転電気機械46を、制御および/あるいは調整するという目的を有する。機械エネルギーの電力への変換、すなわち回転電気機械46の発電機としての動作も、テザー44の巻き取り、すなわち回転電気機械46のモータとしての動作と同様に、地上ステーション制御手段66によって制御および/あるいは調整されるということは、当業者の理解するところであろう。   The ground station control means 66 has the purpose of controlling and / or adjusting the components of the ground station 40, specifically the reel 42 and the rotating electrical machine 46. The conversion of mechanical energy into electrical power, i.e., the operation of the rotating electrical machine 46 as a generator, is controlled and / or controlled by the ground station control means 66, as is the winding of the tether 44, i.e., the operation of the rotating electrical machine 46 as a motor. Alternatively, it will be understood by those skilled in the art that it is adjusted.

フライト制御手段64および地上ステーション制御手段66は何れも、具体的には本発明によるシステムの異なる運転モードに関連する、異なる動きを提供する。システムの運転モード自体、具体的には電力を生産するための第1運転モードおよびシステム回復のための第2運転モードは、マスター制御手段62によって制御および/あるいは調整される。マスター制御手段62は、具体的には自動判定器および一方の運転モードと他方の運転モードとの切替装置を備えることが好ましい。   Both the flight control means 64 and the ground station control means 66 provide different movements specifically related to different operating modes of the system according to the invention. The operation mode of the system itself, specifically, the first operation mode for producing electric power and the second operation mode for system recovery are controlled and / or adjusted by the master control means 62. Specifically, the master control means 62 preferably includes an automatic determination device and a switching device between one operation mode and the other operation mode.

図3において矢印で示されている通り、フライト制御手段64、地上ステーション制御手段66、およびマスター制御手段62は、双方向通信回線を介して互いに接続されている。具体的には、フライト制御手段64および地上ステーション制御手段66は、グライダ10あるいは地上ステーション40の状況情報をそれぞれマスター制御手段62に伝達する。逆にマスター制御手段62は、システムの現在の運転モードをフライト制御手段64および地上ステーション制御手段66の双方に伝達し、グライダ10および地上ステーション40の制御および/あるいは調整は、フライト制御手段64および地上ステーション制御手段66によってそれぞれ独立して行われる。   As indicated by arrows in FIG. 3, the flight control means 64, the ground station control means 66, and the master control means 62 are connected to each other via a bidirectional communication line. Specifically, the flight control unit 64 and the ground station control unit 66 transmit the status information of the glider 10 or the ground station 40 to the master control unit 62, respectively. Conversely, the master control means 62 communicates the current operating mode of the system to both the flight control means 64 and the ground station control means 66, and the control and / or adjustment of the glider 10 and the ground station 40 is controlled by the flight control means 64 and This is performed independently by the ground station control means 66.

図3に示された制御スキームのモジュラー設計は、通常数百メートル離れているグライダ10および地上ステーション40の操作の安全性が、信号遅延、信号歪み、および通信回線の故障などの場合においても、個々に保障されているという長所を有する。   The modular design of the control scheme shown in FIG. 3 ensures that the safety of operation of the glider 10 and ground station 40, which are typically hundreds of meters away, is such as signal delays, signal distortions, and communication line failures. It has the advantage of being guaranteed individually.

マスター制御手段62が、フライト制御手段64あるいは地上ステーション制御手段66のどちらかに近接して配置されていても、モジュラーアプローチと矛盾していない。具体的には、マスター制御手段62およびフライト制御手段64は、共にグライダ10に取り付けられていることが好ましく、具体的には1つの制御装置に組み合わされていてもよい。   Even if the master control means 62 is located close to either the flight control means 64 or the ground station control means 66, it is consistent with the modular approach. Specifically, it is preferable that both the master control means 62 and the flight control means 64 are attached to the glider 10, and specifically, may be combined into one control device.

地上ステーション40、および好ましくは地上ステーション40にあるいはその付近に物理的に配置された地上ステーション制御手段66は、保守および点検の目的で容易にアクセス可能なのに対し、空中のグライダ10には容易にアクセスできない。従って、グライダ10の制御、具体的にはフライト制御に介入可能であることが好ましい。この目的で、フライト制御手段64は、好ましくはワイヤレス通信回路を介してフライト制御手段64に接続された遠隔制御装置68を介して、フライト制御に外部からアクセスすることを許可している。   Ground station 40, and preferably ground station control means 66 physically located at or near ground station 40, are easily accessible for maintenance and inspection purposes, while air glider 10 is easily accessible. Can not. Therefore, it is preferable to be able to intervene in the control of the glider 10, specifically the flight control. For this purpose, the flight control means 64 permits external access to flight control, preferably via a remote control device 68 connected to the flight control means 64 via a wireless communication circuit.

図からのみ集められたものも含めた、固有の名前を有する全ての特性、およびその他の特性と組み合わせて開示されている個々の特性は、単独でも組み合わせでも、本発明にとって重要であると考えられている。本発明による実施例は、個々の特性あるいはいくつかの特性の組み合わせによって実現され得る。   All characteristics with unique names, including those collected only from the figures, and individual characteristics disclosed in combination with other characteristics, either alone or in combination, are considered important to the present invention. ing. Embodiments according to the present invention can be realized by individual characteristics or by a combination of several characteristics.

[符号の説明]
10 グライダ
12 胴体
14 主翼
16 尾翼
18 対気速度センサ
20 補助翼
22 昇降舵
24 方向舵
30 重心
32 縦軸
34 横軸
36 垂直軸
40 地上ステーション
42 リール
44 テザー
46 回転電気機械
48 張力センサ
50 風
52 高揚力フライトパターン
54 低揚力フライトパターン
62 マスター制御手段
64 フライト制御手段
66 地上ステーション制御手段
68 遠隔制御装置
[Explanation of symbols]
10 glider 12 fuselage 14 main wing 16 tail wing 18 airspeed sensor 20 auxiliary wing 22 elevator 24 direction rudder 30 center of gravity 32 vertical axis 34 horizontal axis 36 vertical axis 40 ground station 42 reel 44 tether 46 rotating electrical machine 48 tension sensor 50 wind 52 uplift Force flight pattern 54 Low lift flight pattern 62 Master control means 64 Flight control means 66 Ground station control means 68 Remote control device

Claims (13)

グライダ(10)を備え、風(50)から電力を生産するシステムであって、
前記グライダ(10)は、翼(14)と、前記グライダ(10)が空中にある時にピッチング、ローリングおよびヨーイングをさせる機載された操縦手段(20,22,24)と、該操縦手段(20,22,24)を操作するフライト制御手段(64)と、テザー(44)の接続手段とを備え、
該システムは更に地上ステーション(40)を備え、該地上ステーション(40)は前記テザー(44)のためのリール(42)と、該リール(42)に接続された回転電気機械(46)と、前記リール(42)および前記回転電気機械(46)を操作する地上ステーション制御手段(66)とを備え、
該システムは更に、該システムを少なくとも2つの運転モードで交互に運転するマスター制御手段(62)を備え、
該システムの第1運転モードは、空中にある前記グライダ(10)の前記翼(14)が風(50)にさらされると発生する揚力を用いて前記テザー(44)を繰り出し、それによって生じる前記リール(42)の回転から、前記回転電気機械(46)を用いて電力を生産するべく備えられ、
該システムの第2運転モードは、前記回転電気機械(46)を用いてリール(42)を回転させることによって、前記テザー(44)を前記リール(42)に巻き取り、システムの回復を行うべく備えられていることを特徴とするシステム。
A system comprising a glider (10) and producing electricity from wind (50),
The glider (10) includes a wing (14), mounted steering means (20, 22, 24) for pitching, rolling and yawing when the glider (10) is in the air, and the steering means (20 , 22, 24) and flight control means (64) for operating the tether (44).
The system further comprises a ground station (40), the ground station (40) comprising a reel (42) for the tether (44), a rotating electrical machine (46) connected to the reel (42), Ground station control means (66) for operating the reel (42) and the rotating electrical machine (46),
The system further comprises master control means (62) for operating the system alternately in at least two operating modes,
The first mode of operation of the system is that the tether (44) is fed out using the lift generated when the wings (14) of the glider (10) in the air are exposed to the wind (50), thereby causing the From the rotation of the reel (42) to produce electric power using the rotating electrical machine (46),
In the second operation mode of the system, the reel (42) is rotated by using the rotating electric machine (46) to wind the tether (44) around the reel (42) to recover the system. A system characterized by being provided.
前記フライト制御手段(64)は、自動フライト運転のための第1フライト制御モードと、手動操作のための、特に前記フライト制御手段(64)に有線あるいは無線接続された遠隔制御装置(68)を介した操作のための、第2フライト制御モードとを提供していることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
The flight control means (64) includes a first flight control mode for automatic flight operation and a remote control device (68) for manual operation, in particular wired or wirelessly connected to the flight control means (64). The system of claim 1, wherein the system provides a second flight control mode for operation via the second flight control mode.
前記システム、特に前記グライダ(10)は更に、前記グライダ(10)の対気速度を測定する対気速度センサ(18)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のシステム。   System according to claim 1 or 2, characterized in that the system, in particular the glider (10), further comprises an airspeed sensor (18) for measuring the airspeed of the glider (10). 前記グライダ(10)は、前記フライト制御手段(64)および前記マスター制御手段(62)の両方を組み合わせた制御装置を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to any one of claims 1 to 3, wherein the glider (10) comprises a control device that combines both the flight control means (64) and the master control means (62). . 前記システム、特に前記地上ステーション(40)は更に、前記テザー(44)の張力を測定する張力センサ(48)を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシステム。   5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the system, in particular the ground station (40), further comprises a tension sensor (48) for measuring the tension of the tether (44). 前記地上ステーション制御手段(66)は、特に前記テザー(44)が繰り出されている時に、前記テザー(44)の所定の目標張力を保持するよう構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のシステム。   The ground station control means (66) is configured to maintain a predetermined target tension of the tether (44), particularly when the tether (44) is extended. 6. The system according to any one of 5 above. 前記地上ステーション制御手段(66)は、特に前記テザー(44)が巻き取られている時に、所定の目標リール速度を保持するよう構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のシステム。   The ground station control means (66) is configured to maintain a predetermined target reel speed, particularly when the tether (44) is being wound. The system according to item 1. 前記テザー(44)は、前記グライダ(10)と前記地上ステーション(40)との間に、送電線および/あるいはデータ伝送路を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のシステム。   8. The tether (44) according to any one of claims 1 to 7, wherein the tether (44) comprises a transmission line and / or a data transmission path between the glider (10) and the ground station (40). The described system. 風(50)から電力を生産するシステムの運転方法であって、
前記システムは、テザー(44)に接続されたグライダ(10)と、前記テザー(44)のためのリール(42)を有する地上ステーション(40)とを備え、
前記システムは、電力を生産するための第1運転モード、およびシステムの回復を行うための第2運転モードで交互に運転され、
前記第1運転モードは、
― 前記グライダ(10)を第1フライトパターン(52)に沿って操作し、前記風(50)にさらされている前記グライダ(10)の翼(14)によって揚力を発生させるステップと、
― 前記揚力によって前記テザー(44)を引っ張り、前記テザー(44)を繰り出して前記リール(42)を回転させるステップと、
― 前記リール(42)の回転を、特に前記リール(42)に接続された回転電気機械(46)によって、電力に変換するステップとを備え、
前記第2運転モードは、
― 前記グライダ(10)を第2フライトパターン(54)に沿って操作し、前記テザー(44)の引張を減少させるステップと、
― 特に前記リール(42)に接続された前記回転電気機械(46)を用いて、前記リールを回転させることによって、前記テザー(44)を前記リール(42)に巻き取るステップとを備えることを特徴とする方法。
A method of operating a system that produces power from wind (50),
The system comprises a glider (10) connected to a tether (44) and a ground station (40) having a reel (42) for the tether (44);
The system is alternately operated in a first operation mode for producing electric power and a second operation mode for performing system recovery,
The first operation mode is:
Operating the glider (10) along a first flight pattern (52) and generating lift by the blades (14) of the glider (10) exposed to the wind (50);
-Pulling the tether (44) by the lift, feeding the tether (44) and rotating the reel (42);
Converting the rotation of the reel (42) into electric power, in particular by means of a rotating electrical machine (46) connected to the reel (42),
The second operation mode is:
-Manipulating the glider (10) along a second flight pattern (54) to reduce the tension of the tether (44);
-Winding the tether (44) around the reel (42) by rotating the reel, particularly using the rotating electrical machine (46) connected to the reel (42). Feature method.
前記テザー(44)の繰出は、特に前記グライダ(10)の対気速度の関数として予め定められた、前記テザー(44)の目標張力を保持するよう制御されることを特徴とする請求項9に記載の方法。   10. The delivery of the tether (44) is controlled to maintain a target tension of the tether (44) that is predetermined as a function of the airspeed of the glider (10). The method described in 1. 前記テザー(44)の巻き取りは、特に前記グライダ(10)の対気速度の関数として予め定められた、目標リール速度を保持するよう制御されることを特徴とする請求項9あるは10に記載の方法。   The winding of the tether (44) is controlled to maintain a target reel speed, which is predetermined as a function of the air speed of the glider (10), in particular. The method described. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のシステムのグライダ(10)であって、
風(50)にさらされると揚力が発生する翼(14)と、該グライダ(10)が空中にある時に、該グライダ(10)をピッチング、ローリングおよびヨーイングさせる機載された操縦手段(20,22,24)と、該操縦手段(20,22,24)を操作するフライト制御手段(64)と、テザー(44)の接続手段とを備え、
前記グライダ(10)は、該システムを少なくとも2つの運転モードで交互に運転する、前記フライト制御手段(64)とマスター制御手段(62)とを組み合わせた機載された制御装置を備えることを特徴とするグライダ。
A system glider (10) according to any one of the preceding claims,
Wings (14) that generate lift when exposed to the wind (50) and mounted maneuvering means (20, 20) for pitching, rolling and yawing the glider (10) when the glider (10) is in the air 22, 24), flight control means (64) for operating the steering means (20, 22, 24), and connection means for the tether (44),
The glider (10) includes a mounted control device that combines the flight control means (64) and the master control means (62) to operate the system alternately in at least two operation modes. Glider.
請求項1〜8のいずれか1項に記載のシステムによって、および/あるいは請求項10〜12のいずれか1項に記載の方法を実行することによって、風(50)から電力を生産するグライダ(10)の使用であって、
前記グライダ(10)は、風(50)にさらされると揚力が発生する翼(14)と、前記グライダ(10)が空中にある時に、前記グライダ(10)をピッチング、ローリングおよびヨーイングさせる機載された操縦手段(20,22,24)と、前記操縦手段(20,22,24)を操作するフライト制御手段(64)と、テザー(44)の接続手段とを備え、
前記グライダ(10)は、特に請求項12に記載のグライダ(10)であることを特徴とするグライダ(10)の使用。
A glider that produces power from wind (50) by a system according to any one of claims 1-8 and / or by performing a method according to any one of claims 10-12. 10) use,
The glider (10) includes a wing (14) that generates lift when exposed to the wind (50), and a machine that pitches, rolls, and yaws the glider (10) when the glider (10) is in the air. A control means (20, 22, 24), a flight control means (64) for operating the control means (20, 22, 24), and a tether (44) connection means,
Use of a glider (10), characterized in that the glider (10) is in particular a glider (10) according to claim 12.
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